capitulo1

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Capitulo 1: Antecedentes El diseño y construcción del vehículo requirió una investigación cuyo producto es la mezcla dos caminos diferentes con antecedentes relativamente recientes. El primero es el mecánico; el diseño de un prototipo de cuatro rotores en las esquinas de un marco en forma de “X” utilizando cuatro hélices. Aunque el diseño no ha sido muy popular, remonta a casi 90 años atrás, y continúa siendo objeto de investigación de nuevos trabajos importantes en distintos ámbitos. El segundo concepto es el de los vehículos‐aéreos‐no‐ tripulados cuya trayectoria también remonta a hace más de 50 años. Este tema tiene una índole más electrónica e incorpora tecnología de punta cuyo avance progresa día con día. El control de este tipo de vehículos ha sido en su mayoría a base de control remoto, es decir, un operador pilotea el vehículo desde tierra e inalámbricamente. Sin embargo, actualmente se trabaja con nuevos métodos de control que no requieren un control manual sino automático, utilizando micro controladores que analicen y respondan a diferentes variables, incorporando así, principios de inteligencia artificial. 1.1 QuadRotors Los vehículos aéreos de cuatro rotores o Quadrotors, por su término en inglés, se clasifican como helicópteros debido a que toda su fuerza de elevación depende directamente de los rotores y la propulsión que entregan las hélices acopladas a éstos. La idea de hacer un vehículo aéreo de este tipo fue vista por primera vez en Francia, de manos

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  • Capitulo1:Antecedentes

    Eldiseoyconstruccindelvehculorequiriunainvestigacincuyoproductoesla

    mezcladoscaminosdiferentesconantecedentesrelativamenterecientes.Elprimeroesel

    mecnico; el diseo de un prototipo de cuatro rotores en las esquinas de unmarco en

    formadeXutilizandocuatrohlices.Aunqueeldiseonohasidomuypopular,remonta

    a casi 90 aos atrs, y contina siendo objeto de investigacin de nuevos trabajos

    importantesendistintosmbitos. El segundoconceptoeselde losvehculosareosno

    tripuladoscuyatrayectoriatambinremontaahacemsde50aos.Estetematieneuna

    ndolemselectrnicaeincorporatecnologadepuntacuyoavanceprogresadaconda.

    El control de este tipo de vehculos ha sido en sumayora a base de control remoto, es

    decir, un operador pilotea el vehculo desde tierra e inalmbricamente. Sin embargo,

    actualmentesetrabajaconnuevosmtodosdecontrolquenorequierenuncontrolmanual

    sino automtico, utilizando micro controladores que analicen y respondan a diferentes

    variables,incorporandoas,principiosdeinteligenciaartificial.

    1.1 QuadRotors

    Los vehculos areosde cuatro rotores oQuadrotors, por su trmino en ingls, se

    clasifican como helicpteros debido a que toda su fuerza de elevacin depende

    directamentedelosrotoresylapropulsinqueentreganlashlicesacopladasastos.La

    ideadehacerunvehculoareodeestetipofuevistaporprimeravezenFrancia,demanos

  • deljoveningenieroEtienneOemichen,en1920.Ensusegundoprototipo,elOemichenNo.

    2,utilizelmismomarcotubularconformadeXqueseusaactualmente. Acoplunas

    hlices anchas de 2 aspas en los 4 rotores y utiliz 8 hlicesmuchoms pequeaspara

    tratar de estabilizar el vehculo y tener unmejor control. En las figuras 1 y 2 se puede

    apreciar este primerdiseo, que logr suprimer vuelo el 14de abril de 1924, logrando

    recorrer 320mts aunque slo permaneci en el aire unos cuantos minutos. Oemichen

    continu con su investigacin en este tipo de vehculos y aunque demostr que tena la

    capacidad y el control suficiente para lograr despegar y recorrer una gran distancia, el

    vehculofueconsideradoimprcticoynoselediounacontinuidadniapoyofuturo.

    Figura1.1:OemichenNo.2

  • Figura1.2:OemichenNo.2DibujoTcnico

    Casi simultneamente, un ingeniero ruso llamado de Bothezat, fue contratado por el

    Ejrcito de Estados Unidos para desarrollar un helicptero con cuatro rotores. Su

    prototiposebasabaenrotoresconhlicesde6aspastalycomosemuestraen laFigura

    1.3.Elmarcotenabrazosde20metrosdelargo,yestosnoeranparalelosconelpisopara

    quelaproyeccindesupropulsinseencontraraensucentrodegravedad. DeBothezat

    utilizunmotorde220hpyelpesototaldelhelicpteroerade1610kg.Endiciembrede

    1922serealizaronpruebasdondeesteprototipologrlevantarse1.8metrosypermanecer

    enelairedurante100segundos. Elejrcitoperdi intersenesteprototipodebidoasu

    complejidadenelcontroldevueloysulimitadotiempodevuelo.

  • Figura1.3:PrototipodeBothezat.

    Posteriormenteenlosaos1950ssedesarrollaronprototiposdeQuadrotorscuya

    intencinerautilizarloscomercialmenteconlapoblacincivilymilitarmente.Elprototipo,

    llamadoConvertawingsA,resultsertodounxito,teniendovariosvuelosexitososa lo

    largodeesadcada.Estefueunimportanteavanceyaquesedemostrlaviabilidaddelos

    vehculosconcuatrorotoresyademssecomprobsumecanismo decontrolparavolar

    horizontalmente. El proyecto fue abandonadopor problemas de presupuesto y no se le

    volviadarseguimiento.

  • Figura1.4:PrototipoConvertawings.

    A este tipo de vehculos se les design el nombre de Vehculos con Despegue y

    AterrizajeVerticalVTOL(VerticalTakeOffandLanding)porsussiglaseningls.Conel

    tiempoy losavancesen laelectrnicanaciunanuevageneracindeQuadrotorsconun

    enfoque a serms autopiloteados. Estos vehculos tendran que tener un sistema de

    controlelectrnicoysensoresparaestabilizarlo,as comoun tamaopequeoyagilidad

    paramaniobrar,concapacidaddevuelotantoenambientescerradoscomoabiertos.

    1.2: Vehculos Areos No-Tripulados.

    Setienenantecedentesdevehculosareosnotripulados(UAVs)desdelaprimera

    guerramundialconeldesarrollodelcontrolremotoporradiofrecuencia.Conformeavanz

    latecnologa,lospreciosyeltamaodeloscomponentesseredujeronbastante,logrando

    asmayor inters enel tema. La investigacinydesarrollode losUAVs seha realizado

  • primordialmente por entidades militares de distintos gobiernos, principalmente el de

    Estados Unidos de Norteamrica. Uno de los UAVsms conocidos y demayor utilidad

    militar es el RQ1 Predator, un vehculo de turbopropulsin utilizado principalmente

    paramisionesdemonitoreoyreconocimiento. FuedesarrolladoporlacompaaGeneral

    AtomicsAeronauticalSystemsen1994yactualmentesonlosproveedoresde125Predators

    usadosporlaFuerzaAreaNorteAmericana.Hoyenda,losPredatorssonlosUAVsms

    modernosycapacesyquesondealtorendimiento,dealturamediaydesdeel2005,tienen

    tambinlacapacidaddellevarunacargade2misiles.

    Figura1.5:UAVRQ1Predator.

    Actualmentehaycompaas independientesycomercialesdesarrollandoestetipo

    detecnologaprincipalmenteparamonitoreoareo.LacompaaalemanaMicroDronees

    quin ha desarrollado un UAV similar al que se tiene en mente construir, pero con la

    diferencia que es controlado mediante un control remoto. Cuenta con 4 motores sin

    escobillas ubicados en las esquinas de un diseo demarco tipo X, con hlices de paso

    invertidoyconunacmaraenlaparteposteriordelvehculo. Actualmenteelvehculose

  • comercializaparadiferentestareastalescomo:monitoreoareodeteccindesembrados

    demarihuana.

    Figura1.6:PrototipoMicrodrone.

    Otros trabajosde investigacin se realizan endistintas empresasyuniversidades.

    Por ejemplo, existe el trabajo que realiza la empresa de aeronutica Boeing,

    especficamenteeldepartamentodeinvestigacineinnovacinavanzada:PhantomWorks;

    en conjunto con el famoso Instituto de Tecnologa en Massachussetts (MIT), donde

    investiganelcontroldevuelodeenjambresdeestetipodevehculos.Utilizanelprototipo

    comercialDragonFlyercomobaseyleadaptanmicrocontroladoresysensorescapacesde

    comunicarseconotrosvehculosparaevitarsucolisinyparacoordinarelplandevuelo1.

    1OficinadeNoticias:MIT.http://web.mit.edu/newsoffice/2006/flyingrobots.html